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1、工程材料力学性能各个章节主要复习学问点第一章弹性比功：又称弹性比能，应变比能，表示金属材料吸取弹性变形功的力量。滞弹性：对材料在弹性范围内快速加载或卸载后随时间延长附加弹性应变的现象。包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形剩余应变为 1%4%，卸 载后再同向加载，规定剩余伸长应力弹性极限或屈服极限增加，反向加载， 规定剩余伸长应力降低的现象。塑性：指金属材料断裂前发生塑性变形的力量。脆性：材料在外力作用下如拉伸，冲击等仅产生很小的变形及断裂破坏的性质。韧性：是金属材料断裂前洗手塑性变形功和断裂功的力量，也指材料抵抗裂纹扩展的力量。应力、应变；真应力，真应变概念。穿晶断裂和沿晶断裂：多晶
2、体材料断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂穿过晶内；沿晶断裂沿晶界扩展。拉伸断口形貌特征？韧性断裂：断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成 45 度角。用肉眼或放大镜观看时，断口呈纤维状，灰暗色。纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，而灰暗色则是纤维断口便面对光反射力量很弱所致。其断口宏观呈杯锥形，由纤维区、放射区、和剪切唇区三个区域组成。脆性断裂：断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。板状矩形拉伸试样断口呈人字形把戏。人字形把戏的放射方向也与裂纹扩展方向平行，但其尖端指向裂纹源。韧、脆性断裂区分？韧性断裂产生前会有明显的塑性变形，过程比较缓慢；脆性断
3、裂则不会有明显的塑性变形产生，突然发生，难以觉察征兆拉伸断口三要素？纤维区，放射区和剪切唇。缺口试样静拉伸试验种类？ 轴向拉伸、偏斜拉伸材料失效有哪几种形式？磨损、腐蚀和断裂是材料的三种主要失效方式。材料的形变强化规律是什么？层错能越低，n 越大，形变强化增加效果越大退火态金属增加效果比冷加工态是好，且随金属强度等级降低而增加。在某些合金中，增加效果随合金元素含量的增加而下降。材料的晶粒变粗，增加效果提高。其次章应力状态软性系数：材料某一应力状态，max 和max 的比值表示他们的相对大小，成为应力状态软性系数，比为𝛼，𝛼 = max max缺口敏感度：缺口试样
4、的抗拉强度bn 与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度b 的比值表示缺口敏感度，即为= bnb第三章低温脆性：在试验温度低于某一温度 t2时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸取功明显降低，断裂机理由微孔聚拢性变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。韧脆转变温度：材料表现出低温的脆性的临界温度称为韧脆转变温度。韧脆转变的含义，影响因素？韧脆转变指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为和力学状态，两者是相对的并且相互转化。影响因素：冶金因素：a 晶体构造体心立方金属及其合金存在低温脆性。b 化学成分1间隙溶质元素韧脆转变温度2） 置换型溶质元素一般也能提高韧脆转变温度
5、，但 Ni 和肯定量 Mn 例外。3） 杂质元素 S、P、As、Sn、Sb 等使钢的韧性下降c 晶粒大小，细化晶粒提高韧性的缘由有：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数削减，有利于降低应力集中；晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度削减， 避开产生沿晶脆性断裂。d 纤维组织1） 对低强度钢：按 tk 由高到低的挨次：珠光体上贝氏体铁素体下贝氏体回火马氏体2） 对中碳合金钢且强度一样，tk：下贝氏体回火马氏体；贝氏体马氏体混合组织回火马氏体3） 低碳合金钢的韧性：贝氏体马氏体混合组织单一马氏体或单一贝氏体4） 马氏体钢的韧性：奥氏体的存在将显著改善韧性钢中夹杂物、碳化物等其次相质点对钢的韧性有重要
6、影响，影响的程度与其次相质点的大小、外形、分布、其次相的性质及其与基体的结合力等性质有关。第四章低应力脆断：当容器或构件存在宏观裂纹时，在应力水平不高，甚至低于材料屈服极限的状况下所发生的突然断裂现象称为低应力脆断。应力场强度因子：应力场强度因子 KI是表示应力场强度的力学参量。裂纹体变形有哪几种形式？张开型I 型、滑开型II、撕开型III第五章挤出脊和侵入沟疲乏寿命：裂纹尺寸从 ao 扩展到 ac 所需的循环周次，即疲乏剩余寿命。疲乏断口三大区域？疲乏源、疲乏区、瞬断区高周疲乏和低周疲乏如何区分？以过渡寿命为界限划分高周疲乏和低周疲乏，以 102105 周次分界要严密科学得多。第六章应力腐蚀
7、：金属在拉应力和特定化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为低应力腐蚀。氢脆：由于氢和应力共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象称为氢脆。应力腐蚀裂纹扩展分那几个阶段，这几个阶段特征？较平缓的是那个阶段？第 I 阶段：当 KI刚超过 KI SCC时，裂纹经过一段孕育期后突然加速扩展，当 da/dt-K曲线几乎与纵坐标平行。第 II 阶段：曲线消灭水平线段，da/dt 与 KI几乎无关。由于这时裂纹尖端发生分叉现象，裂纹扩展主要受电化学过程把握，故与材料和环境亲热相关。第 III 阶段：裂纹长度已接近临界尺寸，da/dt 又明显依靠于 K ，da/dt 随 K 而II急剧
8、增大，这时材料进入失稳扩展的过渡区。当 KI较平缓的是其次阶段。到达 KIc失稳扩展而断裂。第七章磨损：机件外表相接触并作相对运动时，外表渐渐有微小颗粒分别出来形成磨屑松散的尺寸与外形均不想通过的碎屑，使外表材料渐渐流失导致机件尺寸变化和质量损失，造成外表损伤的现象即为磨损。粘着：是原子间的键合作用。耐磨性：表征抵抗磨损力量大小的参量。磨损几阶段？跑合阶段磨合阶段、稳定磨损阶段、猛烈磨损阶段磨损分为哪几个类型？按磨损机理分类，磨损可分为：粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损、皮料磨损接触磨损、腐蚀磨损和微动磨损。粘着磨损特点？提高耐磨性的措施有？粘着磨损过程中有材料转移，并伴随化学成分变化，这就是粘着
9、磨损的重要特征。提高耐粘着磨性的措施：（1） 首要要留意摩擦副配对材料的选择其根本原则是配对材料的粘着倾向应比较小，如选用互溶性小的材料配对；选用外表易形成化合物的材料配对；金属与非金属配对，如金属与高分子配对，以及选用淬硬钢或淬硬钢与灰铸铁配对等都有明显效果。（2） 承受外表化学热处理转变材料外表状态可有效地减轻粘着磨损。假设沿接触面上产生粘着磨损，可进展渗碳、磷化、碳氮共渗处理或涂覆镍-磷合金等。外表化学热处理在金属外表形成一层化合物层或非金属层，既避开摩擦副直接直接接触，又削减摩擦因数，故可防止粘着。假设粘着磨损发生在较软的一方材料机件内部，则承受渗碳、渗氮碳氮共渗及碳氮硼三元共渗等工艺
10、有肯定效果。（3） 把握摩擦滑动速度和接触压应力改善润滑条件，提高外表膜与基体金属的结合力量，以增加氧化膜的稳定性，阻挡金属之间直接接触，以及降低外表粗糙度等也都可以减轻粘着磨损。提高材料疲乏强度的措施？（1） 外表强化，如外表喷丸、滚压、外表淬火及外表化学热处理等。（2） 实行适宜加工措施，降低外表粗糙度 外表粗糙度越低，材料的疲乏极限越高。（3） 合金化，强化基体，形成弥散强化，提高材料的形变抗力阻挡循环滑移带的形成和开裂，从而阻挡疲乏裂纹的萌生和提高疲乏强度。（4） 细化晶粒或使用正火组织、淬火回火等热处理组织。（5） 削减夹杂物的数量、尺寸都能有效得提高疲乏强度。还可以通过转变夹杂物与
11、基体之间的界面结合性质来转变疲乏强度。第八章蠕变：就是金属在长时间的高温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。应力松弛：在规定温度和初始应力条件下，金属材料的应力随时间增加而减小的现象称为应力松弛。蠕变过程有那几个阶段？减速蠕变阶段、恒速蠕变阶段、加速蠕变阶段蠕变断裂机理（1） 在三晶粒交会处形成楔形裂纹（2） 在晶界上由空洞形成晶界裂纹金属的蠕变机理？蠕变变形机理：（1） 位错滑移蠕变（2） 集中蠕变金属在高温下力学性能特点？在高温短载荷的作用下，金属材料的塑性增加，但是在高温长时载荷作用下，塑性切显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂现象。第九章高分子的近程构造，远程构造？近程构造：
12、是指由化学键所固定的几何外形高分子构型，即指高分子链的化学组成、键接方式和立体构型等。第十章陶瓷的主要力学性能特点，断裂机理？功能陶瓷的力学性能特点是：耐高温、硬度高、弹性模量高、耐蚀、抗蠕变性能好。断裂机理：解理是陶瓷材料的主要断裂机理，而且很简洁从穿晶断裂转变为沿晶断裂。计算题：第四章例题。1，有一大型圆筒式容器由高强度钢焊接而成，如下图。钢板厚度t5mm，圆筒内径 D1500mm；所用材料的0.2 1800MPa， KIC 62MPa m1/2 。焊接后觉察焊缝中有纵向半椭圆裂纹，尺寸为 2c6mm,a0.9mm，试问该容器能否在 p6MPa 的压力下正常工作?解：=pD/2t=6*1.
13、5/2*0.005MPa=900MPa由于/0.2=900/1800=0.5，所以不需要对 KI 进展修正c=1/Y*KIC/a0.5Y=1.10.5/，当 a/c=0.9/3=0.3 时， 查附录得：=1.10，所以 Y=0.5c=1/0.5*62/(0.00090.5)=1166MPa明显，c，不会发生爆炸，可以正常工作2，有一高压壳体承受很高的工作压力，其周向工作拉应力=1400MPa，承受超高强度钢制造，探伤时有漏检小裂纹，为纵向外表半椭圆(a=1mm,a/c=0.6)。现对材料进展两种不同工艺热处理，一种是淬火高温回火的 A 工艺，其性能是0.21700MPa， KIC 78 MPa
14、 m1/2 ；另一种是淬火中低温回火的B 工艺，其性能是0.2 2100MPa ， KIC 47 MPa m1/2。从断裂 力学角度看，为保证安全应选用哪种工艺为妥？解：对于 A 工艺的材料：/s=1400/1700=0.82，须修正。以 KIC 代 KIc=KIC/3.8a*0.001+0.212(78/1700)20.5MPa=1532MPacB，会发生脆断，担忧全3，有一筒式容器由高强钢 45CrNiMoV 制成，厚度 t2.6mm，筒径 D300mm。材料经调质热处理后，力学性能0.2 1510MPa， b 1720MPa,=8.2%， KIC68 MPam1/2 。在水压p=22.5
15、MPa 试验时发生爆破，断口如图，左图a 为爆破断裂全貌，右图 b 是断口裂源的电镜放大断口形貌。试用断口分析和断裂力学分析该容器的水爆断裂。解：=pD/2t=22.5*0.3/2*0.0026MPa=1298MPa /s=0.86，须修正。 当 a/c=0.74/2.7=.274 时，2=1.165c=1289MPa容器水压应力略高于脆断应力c，会发生脆性爆炸。4，某冶金厂大型氧气顶吹炉的转动机构主轴，在工作时经 61 次摇炉炼钢后发生低应力脆断。其断口示意图如图，为疲乏断口，四周是疲乏区，中间是脆断区。该轴材料为 40Cr 钢，调质处理常规力学性能合格， 0.2 600MPa， b 860MPa，Aku=38J, =8。试用断口分析和断裂力学分析其断裂缘由。解：ac=1/Y2*KIC/c)2最大轴向外加应力外=25MPa前缘剩余拉应力内=120MPa=外+内=25+120MPa=145MPa 查得 KIC=120MPa*m0.5。由于 a/c0，是个浅长的外表半椭圆裂纹 Y1.95 Ac=1202/(1.952)*(1452)=0.180m=180mm 结果与实际断口分析的 185mm 相比，吻合，分析正确。